Investigation of the Natural Mixing Behavior of Dumped Waste Rock and Paste Backfill

« RÉSUMÉ : Les mines souterraines produisent de grandes quantités de roches stériles pour accéder aux gisements de minerai. Traditionnellement, en raison des espaces de stockage limités sous terre, la plupart des roches stériles doivent être transportées et remontées à la surface. Ce processus de transport nécessite une consommation d'énergie substantielle et des coûts opérationnels élevés. Une pratique alternative courante dans des mines au Canada consiste à déverser directement les roches stériles dans les chantiers de mine en cours de remplissage avec un remblai en pâte cimentée. Cette approche peut réduire de manière significative le volume de roches stériles à transporter et à entreposer en surface, diminuant ainsi la consommation d'énergie et les coûts opérationnels. De plus, si les roches stériles peuvent être complètement mélangées avec le remblai en pâte cimenté, le mélange naturel des deux matériaux devrait présenter des propriétés mécaniques même meilleures par rapport au remblai en pâte seul ou aux roches stériles individuelles. Malgré ces avantages, cette pratique présente également certains risques. Si les roches stériles déversées ne sont pas bien mélangées avec le remblai en pâte cimentée, les matériaux sans cohésion peuvent s'effondrer lors de l'exploitation adjacente, ce qui pourrait entraîner une dilution du minerai ou même une perte de minerai. Par conséquent, comprendre le comportement de mélange naturel des roches stériles et du remblai en pâte est crucial pour atténuer ces risques. À cette fin, une série d’essais en laboratoire ont été réalisés. Une nouvelle définition du degré de mélange a également été proposée pour évaluer quantitativement le degré de mélange naturel des roches stériles et du remblai en pâte. Les résultats montrent que la pénétration des roches stériles dans le remblai en pâte et le degré de mélange peuvent être améliorés en utilisant un remblai en pâte moins épais, des roches stériles de tailles plus grandes, et une hauteur de chute des roches stériles plus élevée. »

Abstract

« ABSTRACT : Underground mines produce large amounts of waste rock in order to access orebodies. Traditionally, due to limited underground storage spaces, most of the waste rock needs to be transported and hoisted to the ground surface. This transportation process requires substantial energy consumption and operational costs. A common alternative practice in Canada is to directly pour the waste rock into mine stopes that are being filled with cemented paste backfill. This approach can significantly reduce the volume of waste rock to be transported and disposed of on ground surface, thus lowering the energy consumption and operation costs. Moreover, if the waste rock can be fully mixed with the cemented paste backfill, the natural mixture of the two materials can exhibit better mechanical properties compared to individual paste backfill or waste rock. Despite these advantages, this practice also presents certain risks. If the poured waste rock is not well mixed with the cemented paste backfill, the cohesionless waste rock may fail and collapse upon neighboring stope excavation, leading to ore dilution or even ore loss. Therefore, understanding the natural mixing behavior of dumped waste rock and paste backfill is crucial to mitigate these risks. To this end, a series of laboratory tests were conducted. A new definition of mixing degree was also proposed to quantitatively evaluate the natural mixture of waste rock and paste backfill. The results demonstrate that the penetration of waste rock into paste backfill and the mixing degree can be improved through using lower solids content paste backfill, larger particle size of waste rock, and higher waste rock falling height. While laboratory tests are useful and necessary to well understand and quantify the natural mixture between the two types of material, it is impossible to rely solely on laboratory tests to understand and quantify the natural mixture of waste rock and paste backfill in field conditions. This limitation is not only due to the very large dimensions of stopes, but also due to the very large sizes of field produced and used waste rock. Numerical modeling is necessary to take into account scale effects related to stope dimensions and waste rock particle sizes.»